Привычные законы причинно-следственных связей не работают в квантовом мире, выяснили физики из Венского центра квантовой науки. Они первыми экспериментально доказали, что микроскопические события могут происходить в нескольких порядках одновременно. Статья с результатами работы опубликовала в журнале PRX Quantum.
В классической физике у каждого события есть строгая причина в прошлом. Но результаты нового эксперимента показали, что в реальных квантовых системах работает принцип «неопределенного причинного порядка».
Как частицы могут находиться в суперпозиции нескольких состояний, так и сами события в квантовом мире способны существовать в накладывающихся друг на друга временных шкалах. Сложный эксперимент с лазерами и зеркалами стал важным шагом к окончательной проверке этого интригующего предсказания квантовой теории.
Исследователи разработали эксперимент, основанный на квантовом переключателе. В этой установке один фотон помещается в суперпозицию двух путей с помощью разделителя лучей. Вдоль одного пути фотон переживает событие А до события В; вдоль другого — событие В до события А. Поскольку фотон проходит оба пути одновременно, порядок действий сам по себе помещается в квантовую суперпозицию. Затем пути рекомбинируются и возникает интерференция между двумя возможными порядками.
Ученые также измерили поляризацию фотона при различных условиях. Изменение поляризации зависит от пути, пройденного через установку. Поэтому, если бы существовала переменная, которая определяла бы путь фотона с определенным порядком, корреляция между этими условиями измерения была бы низкой.
Но если такой скрытой переменной не существует, и фотон действительно подвергается неопределенному причинно-следственному взаимодействию, то комбинированный эффект обоих путей приведет к более сильным корреляциям. Повторив эксперимент много раз, исследователи собрали статистику и обнаружили существование корреляций, которые явно превышали пределы, накладываемые любой определенной причинно-следственной связью. Измеренное значение значительно выходило за пределы классической границы. Это доказывает, что ни одна модель скрытых переменных с фиксированным порядком не может объяснить полученные результаты..
Пока оборудованию требуются технические улучшения для идеального результата, особенно в части сверхточного детектирования фотонов. Тем не менее, дальнейшее развитие этой технологии позволит переосмыслить фундаментальные основы того, как работают причина и следствие в нашей Вселенной.
Ранее Наука Mail рассказывала, что кристалл времени нарушил симметрию взаимодействия частиц.
